针对Redis数据库实现，主要包括RedisDB的存储结构，以及通知功能和RDB持久化功能 + AOF持久化功能。另外还包括一些独立功能模块的实现 + 发布订阅模式redis

设置键的过期策略：

  • 定时删除：如果一个键设置了过期时间，那么就为其创建一个定时器，在定时器结束后，立刻对该键执行删除操作
  • 惰性删除：在访问该键时，判断其过期时间是否达到了，如果已经过期的话，那么执行删除操作
  • 定期删除：每隔一段时间，对数据库中的键进行一次遍历，删除其中的过期键

其中，定时删除即使删除过期键，但是它为每个键都设置过期时间，使得CPU负载变高，导致服务器的响应时间和吞吐量受到影响；惰性删除虽然不用为每个键设置定时器，但是如果一个键长时间没有被访问的话，那么实际上并没有删除，这样会造成大量过期键占用内存；定时删除算是一种折中的实现，每隔一段时间对数据库进行遍历，从而删除其中的过期键（在服务器中具体通过serverCron来执行，一般是每100ms调用一次）

  • 调用惰性删除的具体过程：
    • 首先检查key是否已经过期，如果已经过期直接将其删除
    • 删除命令写入到AOF文件及其附属节点（因为涉及到主从复制和AOC持久化）
    • 返回0代表键没有过期，返回1代表过期

Redis的持久化功能

对于Redis而言，其作为一款高效的数据库类型，所有的数据实际上都是存储在内存中的，这种模式的缺点在于一旦服务器关闭那么所有的数据都会掉电丢失。Redis为了解决该问题，提供了两种持久化的机制：RDB以及AOF两种方式。将内存中的数据保存到磁盘文件中，随后等到服务器下次开启时重载数据

RDB快照形式实现持久化

  • RDB有俩命令用于数据存储：SAVE和BGSAVE
    • SAVE：

首先回创建一个临时文件，然后再初始化IO，并通过RIO将数据写入到临时文件中。如果写入成功，则对临时文件改名并覆盖先前的文件；
RIO函数实际上就是进行数据写入的，负责要设置校验和、Redis文件标识和版本号，并写系统相关信息。之后遍历所有的数据库，写入当前数据类型、数据库编号还有数据库大小、过期键个数等等。再数据写入完成后，还需要加入结束符以及CRC64位的校验和

  • BGSAVE：

Bgsave命令是直接开一个进程，然后通过该进程执行数据存储过程，是属于后台存储过程。如果此时后台正在进行RDB存储，那么直接返回错误；如果后台在进行AOF存储，则将rdb_bgasve_scheduled参数设置为1，标识此时正在进行AOF持久化。然后在系统中添加一个日程计划，使得服务器定期检查该参数情况判断是否还在执行AOF持久化，随后再执行BGSAVE。
对于BGsave而言，当前进程进行数据存储过程，会先fork一个子进程并在子进程中执行操作，之后父进程保版本以及内存使用等信息。

  • RDB总结：RDB对redis对外提供的读写服务，影响非常小，可以让redis保持高性能，因为redis主进程只需要fork一个子进程，让子进程执行磁盘IO操作来进行RDB持久化即可；相对于AOF持久化机制来说，直接基于RDB数据文件来重启和恢复redis进程，更加快速；

AOF实现

  • AOF的fsync策略：

    • always : 每次写入一条命令，立刻将这个数据写入到磁盘涨，性能很低
    • everysec: 每秒将操作系统缓存中的数据刷到磁盘中，一般在生产环境中使用
    • no : 仅仅redis负责将数据写入到缓存中就不再管理，后续时操作系统自行刷盘

  • AOF的优势在于：

    1. AOF每隔一秒，通过后台进程执行一次fsync()操作，最多只会丢失一秒的数据
    2. AOF以输入命令的方式进行写入，不需要进行磁盘寻址的操作，写入性能很高
    3. AOF能够实现后台重写操作，创建一份恢复数据的最小日志出来，再创建日志文件时，老的日志文件还是照常写入
    4. AOF适合做灾难性和误删除以及紧急恢复

  • AOF重写的过程：（需要操作AOF缓冲区、以及AOF后台重写缓冲区）

    • redis server需要fork出有一个子进程
    • 子进程基于当前内存的数据，构建日志并开辟一个临时的AOF文件写入日志
    • redis主进程接收到写操作之后，在内存中写入日志，同时新的日志也将继续写入旧的AOF日志中
    • 子进程接完新的日志文件之后，redis主进程将内存中的新日志再次追加到新的AOF文件中
    • 用新的日志文件替换旧的日志文件
    • 何时触发这个重写过程 ： 先判断当前AOF文件的大小是否大于执行重写的最小大小，如果大于那么判断器增长系数是否超过了设置，如果超过就执行；病再服务器定期事件中判断AOF后台重写是否完成，如果完成那么AOF后台重写缓冲区写入AOF文件，并覆盖原有的AOF文件；

  • 综合使用AOF以及RDB两种持久化的方式，通过AOF来保证数据不丢失，作为数据恢复的第一选择；通过RDB实现不同程度的冷备，再AOF文件丢失的情况下，使用RDB继续宁快速恢复；